sábado, 29 de septiembre de 2012


FUERZAS DE VAN DER WAALS

Atracción Dipolo Dipolo

Se presenta entre dos moléculas polares iguales o diferentes. Los dipolos  existentes interaccionan entre si orientándose de tal manera que producen débiles uniones entre ellos. Los puntos de fusión y ebullición de las sustancias participantes de la unión, pueden verse modificados ligeramente.

Atracción dipolo-dipolo inducido

Ocurre cuando una molécula polar al acercarse a una molécula no polar induce en ella un dipolo instantáneo. Un ejemplo es la disolución del yodo (I2) en agua. La molécula de yodo es no polar y la del agua es muy polar.

Fuerzas de dispersión

Conocidas también como fuerzas de London, se presentan cuando moléculas no polares sometidas a un factor externo como la disminución de la temperatura, se aproximan entre si lo que origina u movimiento desordenado o disperso de los electrones en los átomos de estas moléculas. Así se crean dipolos instantáneos que permite a las moléculas experimentar fuerzas de atracción débiles. Por este proceso de se explica la condensación del hidrógeno (H2) y del nitrógeno (N2) a su estado líquido, que de otra manera sería posible.

Puente de Hidrógeno

El enlace de hidrógeno

Es tipo especial de atracción dipolo-dipolo y quizás una de las más importantes. Se produce cuando esta enlazado  a un átomo muy electronegativo y de pequeño volumen como el oxígeno, el flour o el nitrógeno. En estos casos se forman moléculas polares atraídas entre sí por intensas  interacciones bipolares. Los compuestos que experimentan este tipo de fuerza presentan visible cambio en sus puntos de fusión y ebullición que se refleja en su estado de agregación a temperatura ambiente. Por ejemplo, los enlaces de hidrógeno son los responsables del agua líquida y de la estructura cristalina del hielo y de que este sea menos denso que la misma agua líquida.

 

LOS PUENTES DE HIDROGENO

 

El puente de hidrógeno es un enlace que se establece entre moléculas capaces de generar cargas parciales. El agua, es la sustancia en donde los puentes de hidrógeno son más efectivos, en su molécula, los electrones que intervienen en sus enlaces, están más cerca del oxígeno que de los hidrógenos y por esto se generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde está el oxígeno y dos cargas parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrógenos. La presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las moléculas de agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva atraen a las partes con cargas parciales negativas. De tal suerte que una sola molécula de agua puede unirse a otras  4 moléculas de agua a través de 4 puentes de hidrógeno. Esta característica es la que  hace al agua un líquido muy especial.

PUENTES DE HIDRÓGENO EN EL AGUA

Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej.  Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno

Obsérvese la configuración electrónica del Oxígeno:

8O 1s2s2 2pxêé pyé pzé

 

La estructura del agua favorece las interacciones para formar puentes de Hidrógeno, el arreglo siempre es perpendicular entre las moléculas participantes, además, es favorecido por que cada protón unido a un Oxígeno muy electronegativo encuentra un electrón no compartido con el que interactúa uno a uno.  De lo anterior se concluye que cada átomo d Oxígeno en el agua interacciona con 4 protones, dos de ellos unidos covalentemente y dos a través de puentes de Hidrógeno.

 


 




    

 

 

 

Figura: Información sobre los puentes de Hidrógeno

 

 

          Estudios de difracción de rayos X indican que la distancia entre los átomos de Oxígeno que intervienen en el puente de Hidrógeno, están separados por 0.28 nm lo que indica un arreglo tetraédrico de las moléculas de agua, además los puentes de Hidrógeno:

 

LOS PUENTES DE HIDROGENO CONFIEREN AL AGUA SUS PROPIEDADES EXTRAORDINARIAS

El agua tiene un punto de fusión, un  punto de ebullición, y un calor de vaporización mas elevada que los líquidos comunes

Estas propiedades extraordinarias de los líquidos son consecuencia de las fuertes interacciones entre moléculas de agua adyacentes lo que confiere al agua líquida una gran cohesión interna.

Su causa de estos atracciones intermoleculares se debe  a que los átomos de hidrogeno de una molécula de agua comparte un par electrónico con el átomo de oxigeno. Le geometría de las moléculas de agua esta dictada por la forma de los orbitales electrónicos externos del átomo de oxigeno que son similares a los orbitales del enlace del carbono. Estos  orbitales describen aproximadamente un tetraedro con un átomo de hidrogeno en sus dos vértices y electrones sin compartir en los otros dos. El Angulo  de enlace  H-O-H  es de 104.5´ ligeramente menor a los 109.5de un tetraedro perfecto: los orbítales no enlazan Tes. del átomo de oxigeno comprime ligeramente los orbítales compartidos por el hidrogeno.

El núcleo del oxigeno atrae electrones con más fuerza que el núcleo del hidrogeno (es decir el protón) _: el electrón es más electronegativo. Por tanto  el h y el o comparten los electrones  de forma desigual: los electrones suelen estar mas  cerca del átomo de oxigeno que del hidrogeno. El resultado de esta forma desigual de compartir los electrones es la forma de dos dipolos eléctricos en al molécula de agua, uno alo largo de cada enlace h-o el oxigeno es portador de una carga negativa parcial ( ) y cada hidrogeno de una carga positiva parcial  ( ) la atracción electrostática resultante entre el átomo de oxigeno de una molécula de agua y el hidrogeno del otro constituye un puente de hidrogeno

Los puentes de hidrogeno son más débiles que los enlaces covalentes

Los puentes de hidrogeno en agua líquida tienen una energía de enlace (la energía requerida para romper un enlace) de solo unos 20 kj/ mol en comparación con los 460 kj/mol del enlace covalente a temperatura  ambiente la energía térmica de una solución acuosa (la energía cinética que proviene del movimiento de los átomos y moléculas individuales) es del mismo orden que la necesaria para romper los enlaces de hidrogeno. Cuando se calienta el agua el incremento de  su temperatura es el reflejo del movimiento más rápido  de las moléculas individuales del agua. Aunque en cualquier momento dado la mayoría de las moléculas en el agua líquida están unidas por puentes de hidrogeno el tiempo de vida de cada puente de hidrogeno  es inferior a 1x 10 -9 s. se a aplicado el termino adecuado de agrupamiento pasajero (flickrig clurster) a los grupos de corta duración unidos por puentes de hidrogeno en le agua liquida. No obstante el numero extremadamente elevado de puente de hidrogeno entre moléculas de agua confiere gran cohesión interna en el liquida.

El orden casi tetraédrico de los orbitales alrededor del átomo del oxigeno permite que cada molécula de agua forme enlaces de hidrogeno con hasta cuatro moléculas de agua vecinas. En cualquier momento en el agua liquida a temperatura ambiente, cada molécula de agua forma puentes hidrogeno con un promedio de 3 a 4 moléculas de agua

Las moléculas de agua están en movimiento continuo en el estado liquido por los que los puentes de hidrogeno se rompen y forman de manera constante y rápida. No obstante  en el hielo cada molécula de agua están  fijas  en el espacio y forman puentes de hidrogeno con otras cuatro moléculas de agua configurado una estructura reticular regular para romper el gran numero de puentes de hidrogeno en tal retículo se requiere mucha enerva térmica, lo que explica el punto de fusión relativamente elevada del agua. Cuando se funde el hielo o se evapora el agua, se absorbe calor por parte del sistema.

Durante la fusión o la evaporación aumenta la entropía del sistema acuoso a medida que conjuntos altamente ordenadas de moléculas de agua se relajan a los conjuntos de puente de hidrogeno menos ordenados del agua se reflejan  a los conjuntos de puentes de hidrogeno menos ordenados del agua liquida o a las moléculas totalmente desordenadas de agua en el estado gaseoso. A  temperatura ambiente tanto la fusión del hielo como la evaporación del agua se dan espontáneamente; la tendencia de las moléculas de agua  a asociarse mediante puentes de Hidrogeno  queda contrarestada por el empuje energético hacia el desorden .recuérdese que la variación de energía libre AG h de tener un valor negativo para que un proceso se produzca de forma espontánea: AG=AH- TAS en donde AG representa la fuerza motriz. AH la energía para formar y romper enlaces y AS en número de desorden. Dado que AH es positiva para la fusión y para la evaporación es claramente el número de entropía (AS)  el que se hace   que AG sea negativo e impulse estas transformaciones   

 

 


 

Enlace secundario o de van der Waals

La principal causa de cohesión dentro de determinado material técnico es uno o varios de los tres enlazamientos que se describieron anteriormente. El enlace van der Waals es una fuerza débil de atracción que puede existir entre los átomos y las moléculas. A este enlace se debe la condensación de los gases nobles y delas moléculas con enlaces químicamente para formar líquidos y sólidos a temperaturas bajas. El mecanismo de enlazamiento secundario es algo semejante al iónico, esto es, por atracción de cargas opuestas. La diferencia clave es que no se transfieren electrones. La atracción depende de las distribuciones asimétricas de carga positiva y negativa dentro de cada unidad atómica o molecular que se enlaza. Esta asimetría de carga se llama dipolo

. El enlazamiento secundario puede ser de dos tipos, según los dipolos sean:1.− Temporales2.− Permanentes

 

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